Узнаете то, чего не знали, увидите то, о чем только слышали

Принципы работы струйных принтеров

 →  Hi-Tech

Принципы работы струйных принтеров

Струйные принтеры стали сегодня такими привычными предметами интерьера в любом офисе, что мы их попросту не замечаем. Они широко используются в домашних условиях, без них невозможно представить работу современных фотоателье. Пользователь часто даже не задумывается над тем, какие сложные процессы тонкого и органичного взаимодействия различных аппаратных и программных компонентов он запускает, просто нажав на кнопку «Печать». Ниже мы расскажем о двух фундаментальных принципах работы современных струйных принтеров.

Открытие термической чернильной печати произошло, как часто бывает, совершенно случайно. Рассказывают, что изобретатель просто над чем-то задумался, держа над пламенем бунзеновской горелки иглу шприца, наполненного чернилами. В этот момент из нее вдруг с высокой скоростью «выстрелила» капля чернил. Причина данного явления была проста: в игле из-за высокой температуры возник паровой пузырек, который, мгновенно расширившись, вытолкнул чернила из иглы. Нечто подобное происходит и в соплах термических струйных принтеров.

В одно и то же время независимо друг от друга (не очень-то верится в эту независимость при наличии специалистов и средств экономического шпионажа) Hewlett-Packard и Canon разработали технологию термической печати с помощью чернил. Они вывели на рынок свои разработки под марками InkJet — термоструйная (HP) и Bubble Jet — пузырьково-струйная (Canon). Несмотря на то что скорость и качество печати с тех пор существенно выросли, а все современные принтеры печатают теперь в цвете, основополагающие принципы печати с течением времени почти не изменились.

Принципы работы струйных принтеров

Современный струйный принтер работает следующим образом: шаговый мотор протягивает через принтер бумагу; одновременно с этим поперек листа в горизонтальном направлении движется печатающая головка, приводимая в движение тем же шаговым мотором. Через крошечные отверстия, которые называются соплами, на бумагу выпрыскиваются чернила. Сопла, управляемые электроникой, «выстреливают» с огромной «скорострельностью» на бумагу микроскопические капли чернил. В результате согласованного движения бумаги и печатающей головки, в нужное время и в нужное место «выстреливающей» строго определенное количество капель, на бумаге возникает изображение. Наряду с упомянутыми термоструйными технологиями свое место под солнцем завоевала и еще одна механическая технология печати, основанная на применении пьезоэлементов. Ее можно встретить лишь в принтерах фирмы Epson.

С момента своего появления струйные принтеры постоянно совершенствуются.

Всевозможные технические новшества и ухищрения помогают избежать «ступенчатого» изображения букв, блеклости и нерезкости графики. Современные модели «струйников» выдают тексты, не отличимые по качеству от тех, что исполнены их лазерными «коллегами», а изображения — практически идентичные фотографиям. Печать фото на струйных принтерах — это правильный выбор!

Итак, чем же отличается термическая печать от пьезоэлектрической?

  • Термоструйная печать

Печать чернильными каплями — поистине «горячая работа»: термоэлементы внутри печатающей головки нагреваются до 300°C. Посмотрим, как же функционирует печатающая головка термоструйного принтера.

Как уже было сказано, в печатающей головке термического струйного принтера находится большое количество микроскопических сопел, которые с огромной «скорострельностью» и снайперской точностью «обстреливают» бумагу чернильными каплями. Чем меньше объем одной капли, тем меньше размер образуемой ею точки. Это, в свою очередь, позволяет принтеру передавать тончайшие контуры и мельчайшие детали печатаемого изображения. От количества сопел в печатающей головке и от скорости образования отдельных капель зависит производительность печатающей головки и скорость работы принтера в целом.

Принципы работы струйных принтеров

Головка самого первого принтера компании HP — ThinkJet (1984 год) — имела 12 сопел, каждое из которых выдавало капли объемом по 180 пиколитров (пиколитр (пл) — одна триллионная часть литра). Нынешний цветной принтер печатает с помощью 300 сопел, создающих капли объемом всего по 5 пл.

Одна такая капелька оставляет на бумаге точку, практически невидимую невооруженным глазом.

Как мы уже говорили, капля чернил из сопла «выстреливается» за счет быстрого нагревания чернил. Для этого в канале каждого сопла имеется термоэлемент (резистор) размером примерно 30х30 мкм (микрометр, или микрон — одна миллионная метра). Когда к нему прикладывается напряжение, он моментально разогревается до температуры примерно 300°С. Это приводит к возникновению парового пузырька в канале сопла и скачкообразному повышению давления в нем, которое можно сравнить с микровзрывом. Он-то и выбрасывает из сопла каплю чернил, как выбрасывает сгорающий пороховой заряд пулю из канала ствола.

Принципы работы струйных принтеров

После того как паровой пузырек вытолкнул каплю из сопла, она со скоростью 54 км/ч устремляется на бумагу. В этот момент напряжение перестает подаваться на термоэлемент, в канале сопла возникает разреженность, которая засасывает очередную «пулю» — порцию чернил, выстреливаемую в следующий момент. Весь процесс — от прикладывания напряжения к термоэлементу до засасывания очередной порции чернил и готовности к следующему «выстрелу» — длится менее 80 микросекунд. Величина этого промежутка времени и определяет «скорострельность» термической печатающей головки, то есть максимальное количество капель, выдаваемых ею за единицу времени.

В HP DeskJet одно сопло выдает, к примеру, 21 тыс. капель в секунду. Таким образом, печатающая головка из 300 сопел за секунду создаст 6,3 млн отдельных капель. Умножив это количество на объем одной капли — 5 пл, получаем примерный расход чернил: 0,032 мл в секунду (разумеется, при условии, что все сопла работают и не забиты грязью или засохшими чернилами).

  • Печать с использованием пьезоэлементов

Еще в 1977 году фирма Siemens разработала первое печатающее устройство под названием PT80i. Его печатающая головка с двенадцатью соплами работала на пьезоэлементах. Несколько лет спустя, в 1984 году, появились первые принтеры Epson на пьезоэлементах. Одновременно с ними на рынке обозначились и конкуренты — термоструйные принтеры Canon и Hewlett-Packard. В Siemens на них не обратили внимания. Как оказалось, совершенно напрасно. Из-за своей простоты в изготовлении термоструйные печатающие головки были дешевле пьезоэлектрических и продавались лучше.

Электромеханические печатающие головки на пьезоэлементах имеют сложную конструкцию и требуют больших затрат при изготовлении, чем термоструйные, производство которых из кремниевых пластин обходится намного дешевле.

Принципы работы струйных принтеров

Впрочем, эти затраты оправдываются большим сроком эксплуатации. Сегодня практически только Epson производит принтеры с печатающими головками на пьезокристаллах. В свое время кроме Siemens данной технологией начинали заниматься Kodak и Mannesman, но сегодня эти производители не играют никакой роли на рынке струйных принтеров с пьезоголовками. Бесспорный лидер здесь — фирма Epson. Все ее принтеры серии Stylus оснащены стационарными печатающими головками. Они не нагревают чернила, следовательно, внутри сопел не образуется «нагар», как это происходит при термической печати. Фактически пьезоголовку можно сравнить с миниатюрным механическим насосом.

Главную роль в печатающей головке данного типа играют пьезокристаллы. Они имеют свойство деформироваться при прикладывании к ним электрического напряжения. Механическая деформация кристалла используется для создания в сопле давления, необходимого для выталкивания чернил. В отличие от устройств фирмы Siemens 70-х годов сегодня конструкторы Epson не используют пьезокристаллы в виде трубочек. Теперь в каждое сопло устанавливается пьезокристалл в форме диска. В зависимости от полярности (плюс или минус) приложенного напряжения этот диск изгибается либо в одном, либо в другом направлении. При этом пьезокристалл давит на мембрану, которая, в свою очередь, выталкивает из сопла чернила. Процесс деформации длится всего пять микросекунд, что позволяет добиться очень высокой «скорострельности» печатающей головки и производительности принтера в целом.


Опубликовано: 16.12.2011




© Копирование материала разрешено только с указанием активной ссылки на Readmas.ru


ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:



Подписка на новости: